Бетонная смесь
Изобретение относится к составу бетонной смеси для получения высокопрочных бетонов и может быть использовано в промышленно-гражданском, мелиоративном строительстве и при возведении уникальных высоконагруженных сооружений - мостов, телевизионных вышек, платформ для добычи нефти и газа, молов, причалов. Технический результат - уменьшение удельного расхода цемента на единицу прочности бетона. Бетонная смесь содержит портландцемент, суперпластификатор на основе поликарбоксилатного эфира, микрокремнезем, средний или крупный кварцевый или полевошпатовый песок, щебень из плотных горных пород с маркой по дробимости 1200-2000, очень мелкий кварцевый песок фракции 0,1-0,63 мм и молотый кварцевый песок или каменную муку из плотных горных пород с удельной поверхностью (3-5)·103 см2/г и воду при следующем соотношении компонентов, кг на 1 м3 бетонной смеси: портландцемент марки не ниже М500 330-480, суперпластификатор на основе карбоксилатного эфира, в % от массы цемента на сухое вещество, 0,5-1,5, микрокремнезем, в % от массы цемента, 10-15, средний или крупный кварцевый или полевошпатовый песок 300-600, щебень из плотных горных пород 800-900, молотый кварцевый песок или каменная мука 200-350, мелкий кварцевый песок фракции 0,1-0,63 мм 400-600, вода 140-180. 2 табл.
Изобретение относится к бетонным смесям для получения бетонов с низкими удельными расходами цемента на единицу прочности (отношение расхода цемента в килограммах к прочности бетонов при сжатии в мегапаскалях), и может быть использовано в промышленно-гражданском, мелиоративном, транспортном строительстве, преимущественно в технологии сборных конструкций из железобетона. Оно может быть реализовано в монолитном строительстве жилых, общественных и административных зданий.
Известны бетонные смеси с нормированными расходами цемента для средних марок М300-500, включающие вяжущее, крупный и мелкий заполнитель и воду, содержащие в качестве вяжущего портландцемент марок «400» или «500», в качестве мелкого заполнителя кварцевые или полевошпатовые пески крупностью до 5 мм, в качестве крупного заполнителя щебень из горных пород или гравий фракции от 5 до 20 мм [Общесоюзные нормы технологического проектирования предприятий сборного железобетона (ОНТП-7-85). Москва, 1986, с.26, таблица 2, стр.6].
Недостатком этих бетонных смесей является то, что изготовленные из них бетоны средних марок М300-М500 содержат повышенные расходы цемента от 270 до 500 кг на 1 м3. Для марок бетонов М300 (30 МПа), М400 (40 МПа), М500 (50 МПа) нормированные расходы цемента для стендовой и агрегатно-поточной технологий, соответственно, составляют 370, 400 и 500 кг/м3. По этой причине в указанных бетонных смесях удельные расходы цемента на единицу прочности имеют относительно большие значения, соответственно 12,3 кг/МПа, 10 кг/МПа и 10 кг/МПа.
Известны также бетонные смеси для бетонов повышенных марок с максимальной прочностью 58-73 МПа с расходами портландцемента М500 - 330-380 кг/м3, кварцевого песка - 820-880 кг/м3, щебня гранитного - 920-950 кг/м3, воды - 150-170 кг и модифицирующей добавки - 40-75 кг/м3, в качестве которой используется модификатор МБ, состоящий из суперпластификатора, микрокремнезема и регулятора схватывания [Каприелов С.С., Травуш В.И., Карпенко Н.И., Шейнфельд А.В., Киселева Ю.А., Пригоженко О.В. Модифицированные бетоны нового поколения в сооружениях ММДЦ «Москва-Сити». Часть 1 // Строительные материалы. №10, М., 2006. с.13-16. Таблица 2, С.15. Составы №№ с 1 по 5, состав в №6 - башня А, состав №7). Удельный расход цемента в этих бетонных смесях составляет от 4,52 до 6,55 кг/МПа.
Недостатком этих бетонных смесей также является относительно большие удельные расходы цемента на единицу прочности.
Кроме того, известна бетонная смесь [RU 2357940, С04В 28/04, С04В 18/04, С04В 24/00, С04В 111/20, 10.06.2009], содержащая портландцемент, песок фракции 0,315-2 мм, щебень фракции 5-20 мм, микрокремнезем, суперпластификатор С-3, тонкомолотый кварцевый песок, воду затворения, кремнийорганическую добавку - смесь метилфенилциклосилоксанов и сажу белую, а вода затворения дополнительно содержит поливиниловый спирт ПВС и подсмольную воду - продукт переработки каменных углей пиролизным способом, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| портландцемент | 18,0-20,0 |
| микрокремнезем | 1,0-2,0 |
| щебень фракции 5-20 мм | 39,98-40,68 |
| песок фракции 0,315-2 мм | 28,0-32,0 |
| сажа белая | 0,9-1,0 |
| суперпластификатор С-3 | 0,15-0,25 |
| тонкомолотый кварцевый песок | 0,8-1,0 |
| кремнийорганическая добавка - | |
| смесь метилфенилциклосилоксанов | 0,02 |
| поливиниловый спирт | 0,07-0,15 |
| подсмольная вода | 0,4-0,6 |
| вода | 6,0-7,0 |
Недостатком этой бетонной смеси также является относительно большие удельные расходы цемента на единицу прочности.
Наиболее близкой к предложенной является бетонная смесь для бетонов высоких марок с прочностью 106 МПа, содержащая на 1 м3 бетона портландцемента - 485-495 кг, кварцевого песка - 725-740 кг, щебня гранитного - 975-990 кг, модификатора МБ 30С - 108-110 кг, кремнийорганической эмульсии КЭ 30-40 - 0,4 кг, воды - 140-141 кг [С.С.Каприелов, Травуш В.И., Карпенко Н.И., Шейнфельд А.В., Кардумян Г.С., Киселева Ю.А., Пригоженко О.В. "Модифицированные высокопрочные бетоны классов В80 и В90 в монолитных конструкциях". Часть 2 // Строительные материалы. №3, М., 2008. С.9-13. Состав В90 П5, с.11].
Недостатком и этой бетонной смеси является повышенный удельный расход цемента на единицу прочности, составляющий более 4,57 кг/МПа.
Требуемый технический результат заключается в уменьшении расхода цемента на единицу прочности (не более 4,2 кг/МПа).
Требуемый технический результат достигается тем, что бетонная смесь, включающая портландцемент, суперпластификатор на основе поликарбоксилатного эфира, микрокремнезем с содержанием аморфного (стекловидного) кремнезема не менее 75-80%, средний или крупный кварцевый или полевошпатовый песок, щебень из горных пород с маркой по дробимости М1200-М2000 и воду, дополнительно содержит молотый кварцевый песок или молотую каменную муку из плотных горных пород с удельной поверхностью (3-5)·103 см2/г и очень мелкий кварцевый песок фракции 0,1-0,63 мм при следующем содержании компонентов, кг на 1 м3 бетонной смеси:
| портландцемент марки не ниже М500 | 330-480 |
| суперпластификатор на основе карбоксилатного | |
| эфира, в % от массы цемента на сухое вещество | 0,5-1,5 |
| микрокремнезем, в % от массы цемента | 10-15 |
| средний или крупный кварцевый или полевошпатовый песок | 300-600 |
| щебень из плотных горных пород | 800-900 |
| молотый кварцевый песок или каменная мука | 200-350 |
| очень мелкий кварцевый песок фракции 0,1-0,63 мм | 400-600 |
| вода | 140-180 |
Введение повышенного количества дисперсной каменной муки или молотого кварца (с удельной поверхностью (3-5)·103 см2/г), близкого к расходу цемента, а также добавление значительного количества очень мелкого кварцевого песка фракции от 0,1 до 0,63 мм формирует в водной среде совместно с цементом и микрокремнеземом специфическую реологическую матрицу течения и обеспечивает сильное разжижение тонкозернистой смеси под действием суперпластификатора. Это позволяет дополнительно наполнить текучую смесь обычным песком и щебнем и существенно снизить удельный расход воды и цемента.
Тончайшие наноразмерные частицы кварца из молотого кварцевого песка или каменной муки из молотых кремнеземсодержащих горных пород - диабаза, андезита и др. - вступают в реакцию с гидролизной известью с образованием гидросиликатов, гидроалюминатов кальция, дополняя положительное действие наноразмерных частиц микрокремнезема (в образовании гидросиликатов и повышении прочности бетона). Реолитовые стекла базальта также участвуют в формировании прочности.
Для изготовления малоцементной бетонной смеси используют следующие материалы:
Портландцемент ПЦ500Д0 по ГОСТ 10178-85 и ГОСТ 30515-97;
Суперпластификатор Melflux F 1641; Melflux F 2641;
Микрокремнезем с содержанием аморфного (стекловидного) кремнезема 79%;
Молотую каменную муку с удельной поверхностью 3100-3500 см2/г из плотных горных пород с истинной плотностью: базальта с ρи=3,05 г/см3, диабаза с ρи=3,0 г/см3, андезита с ρи=2,8 г/см3, гранита с ρи=2,71 г/см3, известняка с ρи=2,72 г/см3 с маркой по дробимости от 1000 до 1400;
Молотый кварцевый песок с удельной поверхностью 3500 см2/г;
Очень мелкий кварцевый песок фракции 0,1-0,63 мм;
Средний кварцевый песок крупностью до 5 мм с модулем крупности Мкр=2,2;
Крупный кварцевый песок крупностью до 5 мм с модулем крупности Мкр=2,7;
Крупный полевошпатовый песок крупностью до 5 мм с модулем крупности Мкр=2,2;
Щебень диабазовый фракции 5-10 мм.
Бетонную смесь готовят в бетоносмесителе принудительного действия.
Испытание бетонной смеси проводят по ГОСТ 10181-2000.
Прочность бетона на сжатие определяют по ГОСТ 10180-90.
Составы бетонной смеси и показатели удобоукладываемости приведены в таблице 1.
Расходы цемента на 1 м3 бетонных смесей, прочность на сжатие бетонов и удельные расходы цемента на единицу прочности бетонов приведены в таблице 2.
Вышеприведенные результаты исследований свидетельствуют о том, что сырьевая смесь по изобретению имеет более низкий удельный расход цемента на единицу прочности бетона, не превышающий 4,2 кг/МПа, и не уступает по прочности бетону по ближайшему и другим аналогам.
Таким образом, предложенная бетонная смесь характеризуется уменьшенным расходом цемента на единицу прочности, не превышающим 4,2 кг/МПа, что доказывает достижение требуемого технического результата.
Бетонная смесь, включающая портландцемент марки не ниже 500, суперпластификатор на основе поликарбоксилатного эфира, микрокремнезем с содержанием аморфного стекловидного кремнезема не менее 75-80%, средний или крупный кварцевый или полевошпатовый песок, щебень из горных пород с маркой по дробимости M1200-М2000 и воду, отличающаяся тем, что дополнительно содержит молотый кварцевый песок или молотую каменную муку из плотных горных пород с удельной поверхностью (3-5)·103 см2/г и мелкий кварцевый песок фракции 0,1-0,63 мм при следующем содержании компонентов, кг на 1 м3 бетонной смеси:
| портландцемент марки не ниже М500 | 330-480 |
| суперпластификатор на основе карбоксилатного | |
| эфира, в % от массы цемента на сухое вещество | 0,5-1,5 |
| микрокремнезем, в % от массы цемента | 10-15 |
| средний или крупный кварцевый | |
| или полевошпатовый песок | 300-600 |
| щебень из плотных горных пород | 800-900 |
| молотый кварцевый песок или каменная мука | 200-350 |
| мелкий кварцевый песок фракции 0,1-0,63 мм | 400-600 |
| вода | 140-180 |
